전하와 전류는 무엇인가

 

 

전기공학에서 전하와 전류는 가장 기본적이면서도 중요한 개념으로, 이 두 개념은 전자기력, 즉 전하 사이의 전기적 상호작용을 이해하는 데 필수적이다.

전하의 개념

전하는 물질이 전기적 상호작용을 할 수 있게 하는 물리적 성질이다. 전하는 양전하와 음전하로 구분되며, 이들 간의 상호작용은 전기력의 근원이 되는데, 원자 내에서 전자는 음전하를 띠고, 원자핵은 양전하를 띱니다. 이들 간의 인력 덕분에 전자는 원자핵 주위를 안정적으로 돌며, 원자의 구조를 유지하고 있으며 전기전자공학은 이러한 물질의 특성을 활용한다.

 

이러한 기본 개념에서 전하량의 단위는 쿨롱(Coulomb, C)으로 정의되며, 1 쿨롱은 약 6.242 × 10 ¹⁸개의 전자의 전하량에 해당한다. 쿨롱은 전기량의 표준 단위로, 전기 회로에서 전하의 이동을 정량적으로 측정하는 데 사용되는데 전기를 활용하는 공학의 기본단위 정도로 이해하면 된다.

Q=NE

• q는 전하량 (쿨롱, C)
• n은 전자의 수
• e는 전자의 기본 전하량으로, 약 1.6 × 10^-19 C

전류의 개념

이제 전하의 개념을 이해했으니 전류에대해 이야기해 보자, 전류는 일종의 현상론으로 전하가 전기 회로 내에서 이동할 때 발생하는 현상이다. 전류는 폐회로에서 전하가 전위차에 의해 도선을 따라 이동하면서 형성된다.

초기 전류의 흐름은 양전하가 이동하는 방향으로 정의되었지만, 실제로는 음전하인 전자가 반대 방향으로 이동한다는 사실이 발견되어 지금은 -를 활용하고 있으며, 전류의 크기는 단위 시간 동안 특정 단면적을 통과한 전하량으로 정의된다.

• I는 전류 (암페어, A),
• ΔQ는 단위 시간 Δt 동안 단면적을 통과한 전하량 (쿨롱, C)
• Δt\는 시간 간격 (초, s)

전류 밀도와 면적에 따른 전류 계산

회로 내에서 전류는 특정한 단면적을 통해 흐르며, 전류 밀도 J는 단위 면적당 흐르는 전류의 양을 나타낸다. 우리는 전류 밀도를 활용해 전류양을 구하여 지표로 사용하기에 결론적으로는 이러한 밀도에 대한 이해가 필수적이다.

• J는 전류 밀도 (암페어/제곱미터, A/m²),
• I는 전류 (암페어, A),
• A는 전류가 흐르는 단면적 (제곱미터, m²)

전류 밀도가 위치에 따라 다를 경우, 전체 전류를 계산하기 위해서는 적분을 활용해 회로 전체의 전류를 구해야 한다. 이 경우 전류는 다음과 같은 적분식으로 표현하여 계산한다.

• J는 전류 밀도 벡터 (A/m²),
• dA는 미소 단면적 벡터 (m²),
• S 전류가 흐르는 전체 단면적

.결론적으로 이수식을 활용해 전류를 정의하고 활용한다는 지점에서 모든 이야기가 출발하고 이를 활용해 전압을 구한다는 대전제를 깔고 모든 전기공학을 시작하면 된다.

 

[전기기기] 전압이란 무엇인가[미분방정식,개념,단위]